[发明专利]一种基于灯丝注入的磁控管注入锁定系统

说明书

本发明公开了一种基于灯丝注入的新型磁控管注入锁定系统，包括激励腔、磁控管和负载；所述磁控管设置在激励腔上，并与激励腔连通，所述激励腔与负载可拆卸连接；所述磁控管上设置有与外界连通的天线；外界连通的天线将外部注入信号耦合进磁控管中，实现注入锁定；本发明中信号由单极子天线注入，经过单极子天线通过磁控管灯丝耦合进入磁控管腔中，磁控管输出信号则通过波导激励腔输出，经定向耦合器最终由负载吸收；从而实现磁控管输出信号能够被从外部信号输入处注入的信号锁定，频率在锁定带宽内完全跟随。

技术领域

本发明涉及磁控管控制技术领域，尤其是一种基于灯丝注入的磁控管注入锁定系统。

背景技术

磁控管是一种重要的工业微波源，它的输出特性较差，输出频带较宽且相位不可控，注入锁频技术则可以有效改善磁控管的输出特性。磁控管注入锁定技术是指将一个高稳定度的小功率外部信号注入至低稳定度大功率磁控管中，当注入信号的功率与频率满足一定条件时，磁控管的输出信号的频率与相位将跟随注入信号。该技术能够利用一个小信号实现对大功率振荡器相位、频率的控制，并且能降低磁控管输出的边带噪声。1947年，Adler对振荡器注入锁定进行了理论方面的研究，提出了注入信号需要满足的条件，即Δf≤2f₀ρ/Q_ext，其中Δf为注入信号与磁控管信号的频率差，ρ为注入比，即注入信号与磁控管输出功率比的平方根，f₀磁控管自由振荡频率，Q_ext为磁控管外部品质因数，这被称为Adler条件。

目前已有的技术实现方案是利用波导环行器隔离注入信号源与磁控管，通过环行器将外部信号引入磁控管输出端，外部信号经过波导后通过磁控管输出天线耦合进入磁控管腔体，达到注入锁定的目的。

1989年，William C.Brown提出了注入锁定磁控管的系统原型。其将采样而得的参考信号与磁控管输出信号的相位进行了比较，并将此比较信息输入移相器进行相位补偿以实现精准锁频。此后，众多学者对磁控管注入锁定技术开展了大量的研究。自2003年开始，日本N.Shinohara等采用环路反馈技术对2.45G磁控管进行了注入锁定的研究，采用锁相环控制电流来提高性能。2005年，T.Tahir等采用类似技术对磁控管进行了数字信号的注入锁定。2008年，Hae Jin kIm等人提出了磁控管自注入锁定技术，利用信号回注改善磁控管输出。2020年，陈潇杰提出一种新的磁控管注入锁定及功率合成系统，其利用一个魔T代替了波导环行器，减少了系统的损耗，并且通过该魔T同时实现两路磁控管的注入锁定和功率合成；

现有的技术中必须使用一个大体积的波导器件间隔离外部信号注入回路与磁控管输出回路，不管是波导环行器还是魔T，它们的体积和重量都很大，且制造成本高，这使得整个注入锁定系统庞大且昂贵。同时，环行器与魔T的引入也会造成系统的损耗提高，系统尺寸也增加不少。

发明内容

本发明目的在于：针对上述问题，提供一种基于灯丝注入的磁控管注入锁定系统，解决了现有技术中对于必须使用大体积的波导器件隔离外部信号注入回路与磁控管输出回路，占用空间大，制造成本高、插入损耗高的问题。

本发明是通过下述方案来实现的：

一种基于灯丝注入的磁控管注入锁定系统，包括激励腔、磁控管、注入天线和负载；所述磁控管设置在激励腔上，并与激励腔连通，所述激励腔与负载可拆卸连接；所述磁控管上设置有与外界连通的天线；外界连通的天线将外部注入信号耦合进磁控管中，实现注入锁定。

基于上述一种基于灯丝注入的磁控管注入锁定系统的结构，所述磁控管包括磁控管灯丝、灯丝腔、注入天线、磁控管腔、磁控管供电端；所述磁控管供电端和注入天线设置在灯丝腔外侧位置。

基于上述一种基于灯丝注入的磁控管注入锁定系统的结构，所述灯丝腔内设置有供注入天线贯穿的通孔，所述注入天线通过通孔与灯丝腔内部连通设置，所述磁控管灯丝馈电端设置在灯丝腔中。